面向照明用光源的LED封装技术探讨

　　照明就是为人类用眼睛感知世界和辨识物体提供光线。太阳是天然廉价的最佳照明光源，在太阳光照射不到的地方，人类需要借助人工光源进行照明。人类对照明光源的使用，经历了从蜡烛、油灯、煤气灯等简单光源，到爱迪生发明的白炽灯，再到荧光灯、卤素灯、高压钠灯、金属卤素化灯、三基色荧光灯等电光源。各种电光源的出现，在给世界带来了越来越多光明的同时，也带来了越来越多的节能环保方面的问题。20世纪90年代后期，白光LED的出现，使节能环保的固态照明成为可能。

　　LED具有高效节能、绿色环保、使用寿命长、响应速度快、安全可靠和使用灵活等显着特点，已被公众广泛认可为继煤油灯、白炽灯、气体放电灯之后的第四代革命性照明光源。

　　从1962年第一只LED问世至今的四十多年的时间里，LED的封装形态发生了多次的演变。从60年代的玻壳封装，到70年代的环氧树脂封装，到90年代中后期的四脚食人鱼封装、贴片式SMD封装、大功率封装、芯片集成式COB封装等。随着大功率LED在半导体照明应用的不断深入，其封装形态在短短的几年里已发生了多次的变化。

 

 
表1、各种照明光源的主要性能指标的比较
 

　　一、发展新型LED光源封装形式，保证性能的前提下降低封装、应用成本

　　LED封装形态的每一次变化，都是因其应用领域需求的不同而做出的。走向未来照明的LED光源将会是什么样子的？现有的LED封装能否走向照明？要回答这个问题，得弄清楚半导体照明对LED光源的需求。

　　从现阶段的性能指标来看，LED已经初步具备了进入照明领域的能力。尽管目前的性能优势并不明显，但随着外延、芯片技术的快速突破和封装技术的不断进步，LED作为照明光源的性能将远优于传统光源的性能，这一前景是可以期待的。

　　LED光源要进入照明领域，性能的优劣只是前提，成本的高低才是真正的决定因素。在半导体照明发展的初期，着力于追求性能是必须的；在半导体照明发展到一定阶段，我们应将注意力转移到如何在保证性能的前提下大幅度降低成本。因为我们要做的不只是小资们欣赏的艺术品，而是普通大众都能接受的大宗商品。成品的高低决定着LED作为光源对照明领域渗透率的高低。

　　商品成本的降低，一般有以下途径：

　　材料降成本--在原有产品方案上压供应商的材料价、降低材料等级或选用替代材料，最直接有效，但幅度有限，且存在一定的品质风险；

　　技术降成本--采用新的技术路线，改变原有产品方案，减少用料和制造环节，幅度客观；

　　效率降成本--有赖于技术、设备和管理的进步。

　　要降低LED光源的成本，以上途径都要考虑，但首要考虑的是如何因应半导体照明的特点，打破传统封装观念的约束，以新的技术方案来降低LED的封装成本。

　　对传统照明而言，一般都是采用“光源+灯具”的模式，光源的制造相对独立于灯具。由于LED光源具有体积小、发强光和易于控制等的特点，故在应用中一般可根据照明效果的要求做出灵活的变化和选择。对于半导体照明而言，LED光源与灯具的制造没有明显的界限，LED光源成本的降低应与照明系统的要求整体考虑。因此，LED光源的封装方案应根据照明系统的驱动电路、热量管理、光学设计和结构设计等要求而做出，目的就是发展新型的LED光源封装形式，在保证整体性能的前提下大幅度降低封装和应用成本。

　　二、芯片集成COB光源模块个性化封装可能成为半导体照明未来主流封装形式

　　LED有分立和集成两种封装形式。LED分立器件属于传统封装，广泛应用于各个相关的领域，经过四十多年的发展，已形成了一系列的主流产品形式。芯片集成COB模块目前属于个性化封装，主要为一些个案性的应用产品而设计和生产，尚未形成主流产品形式。

　　传统的LED灯具做法是：LED分源分立器件→MCPCB光源模组→LED灯具，主要是由于没有现成合适的核心光源组件而采取的做法，不但耗工费时，而且成本较高。实际上，我们可以将“LED光源分立器件→MCPCB光源模组”合二为一，直接将LED芯片集成在MCPCB（或其它基板）上做成COB光源模块，走“COB光源模块→LED灯具”的路线，不但省工省时，而且可以节省器件封装的成本。

　　与分立LED器件相比，COB光源模块在照明应用中可以节省LED的一次封装成本、光引擎模组制作成本和二次配光成本。在相同功能的照明灯具系统中，实际测算可以降低30%左右的光源成本，这对于半导体照明的应用推广有着十分重大的意义。在性能上，通过合理的设计和微透镜模造，COB光源模块可以有效地避免分立光源器件组合存在的点光、眩光等弊端；还可以通过加入适当的红色芯片组合，在不明显降低光源效率和寿命的前提下，有效地提高光源的显色性（目前已经可以做到90以上）。在应用上，COB光源模块可以使照明灯具厂的安装生产更简单和方便，有效地降低了应用成本。在生产上，现有的工艺技术和设备完全可以支持高良品率的

　　OB光源模块的大规模制造。随着LED照明市场的拓展，灯具需求量在快速增长，我们完全可以根据不同灯具应用的需求，逐步形成系列COB光源模块主流产品，以便大规模生产。

　　三、小型化贴片式LED也将是LED光源的另外一大主流产品

　　除了芯片集成的COB光源模块有可能成为未来的半导体照明的主流封装形式外，高性能、低成本、方便于大规模生产制造和安装应用的小型化贴片式LED也将是LED光源的另外一大主流产品。个人认为，未来半导体照明的主要表现形式为：

　　平面照明--办公场所或背光照明；

　　带状照明--装饰照明；

　　灯具照明--替代传统照明。

　　在平面照明产品中，芯片集成的COB光源模块和贴片式LED的应用将并存；在带状照明产品中，贴片式LED将独领风骚；在灯具照明产品中，芯片集成的COB光源模块的应用将成为主流。

　　总之，走向照明的LED光源将形成两大主流形态--功能化的芯片集成COB光源模块额小型化LED器件，低成本将是永恒的主题。谁能率先打破传统封装的约束，开发出符合半导体照明需求的LED光源，谁就能占得产品的先机；谁能够在保证性能的前提下将成本做到极致，谁就能把握未来LED光源的市场。